Cercetarea evidențiază modul în care celulele nervoase coordonează planificarea mișcărilor
Cercetătorii din domeniile neuroștiinței și inteligenței artificiale au investigat modul în care neuronii din creier controlează mișcările, într-un studiu desfășurat pe un model animal la centrul de cercetare interdisciplinară BrainLinks-BrainTools de la Universitatea din Freiburg.
Studiul, publicat în revista Cell Reports, poate contribui la îmbunătățirea preciziei protezelor controlate prin gândire.
În cadrul experimentului, cercetătorii au antrenat șobolanii să miște o manetă cu mâna până când simțeau o vibrație și apoi să o elibereze, primind ca recompensă o picătură de apă cu zahăr. Activitatea neuronală a fost înregistrată în timpul acestui proces.
Creierul rozătoarelor prezintă similitudini cu cel uman în ceea ce privește planificarea și execuția mișcărilor. Ambele tipuri de creiere conțin două zone specifice care devin active în timpul acestor procese: cortexul premotor și cortexul motor primar. „Până acum, nu era clar cum este coordonată planificarea mișcărilor între aceste două zone ale creierului. Ne-am întrebat, în special, de ce aceste două regiuni cerebrale prezintă activitate chiar înainte de executarea mișcării, fără ca vreo mișcare prematură să aibă loc”, explică Dr. Julian Ammer, cercetător senior în grupul de cercetare al lui Diester și unul dintre primii autori ai studiului.
Echipa de cercetare a reușit să demonstreze modul în care comenzile sunt transmise la nivel neuronal: în timpul planificării mișcării, neuronii din cortexul premotor comunică atât cu neuronii inhibitori, cât și cu cei excitați din cortexul motor primar. Comanda de a executa o mișcare poate fi dată doar atunci când activitatea neuronală din cortexul premotor se schimbă către neuronii care comunică în principal cu neuronii excitați din cortexul motor primar. Abia atunci un semnal extern – în experiment, vibrația manetei – poate declanșa executarea mișcării.
Concepția că acest model de activitate neuronală permite execuția precisă a unei mișcări planificate este denumită de echipa de cercetare ipoteza populației de comutare. Aceștia propun ca această ipoteză să înlocuiască cele două ipoteze dominante anterioare.
Descoperirile au fost posibile datorită colaborării interdisciplinare la centrul de cercetare BrainLinks-BrainTools de la Universitatea din Freiburg. Grupul de cercetare a utilizat semnale de lumină pentru a influența activitatea neuronilor individuali, identificând astfel funcția acestora. Un model AI a sprijinit interpretarea modelelor de activitate și rolul acestora în planificarea și execuția mișcării. Acest model a fost dezvoltat special pentru acest studiu.
De asemenea, un profesor de la Institutul de Anatomie și Biologie Celulară a utilizat imagini de microscopie electronică pentru a demonstra conexiunile între neuronii din cortexul premotor și neuronii inhibitori și excitați din cortexul motor primar la nivel celular. Aceasta susține ipoteza populației de comutare dintr-o perspectivă anatomică.
